Chlazení vzduchu ve VZT jednotce: výpočet chladicího výkonu a odvlhčení

Chladič ve vzduchotechnické jednotce (VZT) ochlazuje přiváděný vzduch pod rosný bod - kondenzuje přebytečnou vlhkost a odvádí ji jako kondenzát. Celkový chladicí výkon je součet citelného a latentního tepla: $\Phi_c = \dot{m} \cdot (h_1 - h_2)$, kde $h_1$ a $h_2$ jsou entalpie vzduchu před a za chladičem.

Princip chlazení s odvlhčením

Vzduch vstupuje do chladiče s teplotou $t_1$ a relativní vlhkostí $\varphi_1$. Chladič ho ochladí přes rosný bod ($t_d$) až na výstupní teplotu $t_2$:

1. Sensible cooling (citelné chlazení) - pokles teploty beze změny vlhkosti, dokud vzduch nedosáhne rosného bodu
2. Latent cooling (odvlhčení) - pod rosným bodem kondenzuje vodní pára, měrná vlhkost $x$ klesá
3. Výstupní stav - vzduch opouští chladič nasycen ($\varphi_2 \approx 95\text{–}100\ \%$) nebo se následně dohřívá na požadovanou teplotu

Princip chlazení bez odvlhčení

Pokud výstupní teplota $t_2$ zůstane nad teplotou rosného bodu, kondenzace neproběhne — vzduch se jen ochladí.

1. Sensible cooling (citelné chlazení) - pokles teploty beze změny vlhkosti, dokud vzduch nedosáhne rosného bodu
2. Výstupní stav - vzduch opouští chladič více nasycen nežli na vstupu

Výpočet chladicího výkonu

Celkový chladicí výkon

$$\Phi_c = \dot{m} \cdot (h_1 - h_2) \quad \text{[kW]}$$

kde $\dot{m}$ je hmotnostní průtok vzduchu [kg/s].

Citelná složka výkonu

$$\Phi_s = \dot{m} \cdot c_{pa} \cdot (t_1 - t_2) \approx \dot{m} \cdot 1{,}006 \cdot (t_1 - t_2) \quad \text{[kW]}$$

Latentní složka výkonu (odvlhčení)

$$\Phi_{lat} = \dot{m} \cdot r_0 \cdot (x_1 - x_2) \approx \dot{m} \cdot 2501 \cdot (x_1 - x_2) \quad \text{[kW]}$$

kde $r_0 = 2501\ \text{kJ/kg}$ je výparné teplo vody při 0 °C.

Průtok kondenzátu

$$q_{\text{kond}} = \dot{m} \cdot (x_1 - x_2)\ \text{[kg/s]} = \dot{m} \cdot (x_1 - x_2) \cdot 3600\ \text{[l/h]}$$

Příklad výpočtu

Zadání: VZT jednotka, průtok 3000 m³/h, vstup do chladiče: $t_1$ = 32 °C, $φ_1$ = 55 %, výstup: $t_2$ = 14 °C, $φ_2$ = 95 %.

Psychrometrické hodnoty:

• Hustota vzduchu: $\rho \approx 1{,}145\ \text{kg/m}^3$ → $\dot{m} = \frac{3000}{3600} \cdot 1{,}145 = \mathbf{0{,}955}\ \textbf{kg/s}$
• $h_1$ (32 °C, φ 55 %): $\approx \mathbf{74{,}6}\ \textbf{kJ/kg}$
• $h_2$ (14 °C, φ 95 %): $\approx \mathbf{38{,}1}\ \textbf{kJ/kg}$
• $x_1 \approx 16{,}6\ \text{g/kg}$, $x_2 \approx 9{,}5\ \text{g/kg}$

Výsledky:

• Celkový výkon: $\Phi_c = 0{,}955 \cdot (74{,}6 - 38{,}1) = \mathbf{34{,}9}\ \textbf{kW}$
• Citelný výkon: $\Phi_s = 0{,}955 \cdot 1{,}006 \cdot (32 - 14) = \mathbf{17{,}3}\ \textbf{kW}$
• Latentní výkon: $\Phi_{lat} = 0{,}955 \cdot 2501 \cdot \dfrac{16{,}6 - 9{,}5}{1000} = \mathbf{17{,}0}\ \textbf{kW}$
• Kondenzát: $0{,}955 \cdot \dfrac{7{,}1}{1000} \cdot 3600 = \mathbf{24{,}4}\ \textbf{l/h}$

Faktor citelného tepla (SHR)

SHR (Sensible Heat Ratio) udává, jaký podíl celkového chladicího výkonu tvoří citelné chlazení:

$$\text{SHR} = \frac{\Phi_s}{\Phi_c} = \frac{17{,}3}{34{,}9} = \mathbf{0{,}50}$$

Typické hodnoty:

• Kanceláře: SHR = 0,75–0,85 (nízká vnitřní produkce latentního tepla)
• Restaurace, bazény: SHR = 0,45–0,65
• Tropické klima: SHR = 0,50–0,65

Teplota za chladičem (bypass faktor)

Reálný chladič nikdy neochladí veškerý vzduch přesně na teplotu povrchu výměníku. Bypass faktor (BF) = podíl vzduchu, který prochází chladičem bez kontaktu:

$$t_2 = t_{\text{ADP}} + \text{BF} \cdot (t_1 - t_{\text{ADP}})$$

kde $t_{\text{ADP}}$ je teplota aparátového rosného bodu (Apparatus Dew Point) - teplota povrchu výměníku.

BF pro lamelový výměník typicky 0,05–0,15. V Mollierově diagramu platí, že stav výstupního vzduchu leží na přímce spojující stav $t_1$, $\varphi_1$ s křivkou sytosti - vzdálenost odpovídá BF.

Chlazení v Mollierově diagramu

V h-x diagramu:

1. Nakreslete vstupní stav vzduchu (bod 1)
2. Vedete přímku vlevo na křivku sytosti - bod 2’ je ideální výstup (BF = 0)
3. Skutečný výstup (bod 2) leží na úsečce 1–2’ ve vzdálenosti BF od křivky sytosti

Konstrukci si můžete projít i ručně — prázdný list k tisku má křivku sytosti nakreslenou v 0,5 mm, takže se na ni dobře míří pravítkem. PsychroView tento výpočet provádí automaticky po zadání vstupního stavu a výstupní teploty nebo entalpie.

Časté dotazy

Jak zjistím chladicí výkon, který potřebuji? Chladicí výkon je dán tepelnými zisky místnosti (slunce, osoby, svítidla, technika) plus teplem přivedeným větráním. Pro standardní kancelář počítejte 60–100 W/m² celkového chladicího výkonu.

Proč výstup chladiče tvoří nasycený vzduch? Chladič ochlazuje vzduch pod rosný bod - kondenzuje vlhkost a vzduch se přibližuje sytosti. Za chladičem je vzduch typicky φ = 90–100 % a relativně studený (12–16 °C), proto se za chladičem obvykle umísťuje dohřívač.

Co je chilled water coil a DX coil? Chilled water coil (CW) - v lamelách protéká studená voda (typicky +6/+12 °C) z centrálního zdroje chladu (chiller). DX coil (direct expansion) - v lamelách se odpařuje chladivo přímo z kompresorové jednotky.